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1、9.3 LC正弦波振荡电路主要用于高频信号的产生。主要用于高频信号的产生。1M赫兹以上赫兹以上一、一、LCLC并联谐振回路的并联谐振回路的选频特性选频特性CLRuiLici(阻性阻性)LCLC并联谐振并联谐振特点：特点：谐振时，总路电流很小，谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。补偿，电路呈阻性。用于选频电路。R为电感线圈中的电阻为电感线圈中的电阻等效损耗电阻等效损耗电阻一般有一般有一般有一般有则则则则当当当当 时，时，时，时，电路谐振。电路谐振。电路谐振。电路谐振。为谐振频率为谐振频率为谐振频率为谐振
2、频率谐振时谐振时谐振时谐振时阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性其中其中其中其中为品质因数为品质因数为品质因数为品质因数同时有同时有同时有同时有即即即即并联谐振回路并联谐振回路 Q Q为谐振回路的品质因数，为谐振回路的品质因数，Q Q值越大，曲线越陡越窄，值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。图中选频特性越好。图中Q Q1 1Q Q2 2。并联谐振阻抗为并联谐振阻抗为Z Z0 0谐振时谐振时LC并联谐振电路并联谐振电路相当一个电阻。相当一个电阻。LC并联谐振回路的并联谐振回路的幅频特性曲线幅频特性曲线LC谐振回路选频放大电路谐振回路选频放大电路u当当f
3、f0时，电压放大倍数的数值时，电压放大倍数的数值最大且附加相移为最大且附加相移为0。u对于其它频率的信号，放大倍数对于其它频率的信号，放大倍数不仅数值小，且有附加相移。不仅数值小，且有附加相移。u若在电路中引入正反馈，并用反若在电路中引入正反馈，并用反馈电压取代输入电压，则电路构馈电压取代输入电压，则电路构成正弦波振荡电路。成正弦波振荡电路。LC正弦波振荡电路的类型正弦波振荡电路的类型类型：变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式；类型：变压器反馈式、电感反馈式、电容反馈式；说明：振荡频率较高，放大电路采用分立元件电路，可以是共射和共基电路。说明：振荡频率较高，放大电路采用分立元件电路，可以是共射
4、和共基电路。互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别互感线圈的极性判别1234磁棒磁棒初级线圈初级线圈次级线圈次级线圈同极性端同极性端1234+CLRuiLici反馈信号反馈信号通过通过互感互感线圈引出线圈引出二、变压器反馈式二、变压器反馈式二、变压器反馈式二、变压器反馈式LCLCLCLC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路 工作原理：工作原理：满足相位条件。满足相位条件。振荡频率振荡频率:判断是否是正反馈判断是否是正反馈:用用瞬时极性法瞬时极性法判断判断 虽虽虽虽然然然然波波波波形形形形出出出出现现现现了了了了失失失失真真真真，但但但但由由由由于于于于LCLC谐谐谐谐振振振振电电电
5、电路路路路的的的的QQ值值值值很很很很高高高高，选选选选频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出频特性好，所以仍能选出 0 0的正弦波信号。的正弦波信号。的正弦波信号。的正弦波信号。1.1.电路结构电路结构电路结构电路结构2.2.相位平衡条件相位平衡条件相位平衡条件相位平衡条件3.3.幅值平衡条件幅值平衡条件幅值平衡条件幅值平衡条件4.4.稳幅稳幅稳幅稳幅5.5.选频选频选频选频 通通通通过过过过选选选选择择择择高高高高增增增增益益益益的的的的晶晶晶晶体体体体管管管管和和和和调调调调整整整整变压器的匝数比，可以满足变压器的匝数比，可以满足变压器的匝数比，可以满足变压器
6、的匝数比，可以满足使电路可以起振。使电路可以起振。使电路可以起振。使电路可以起振。BJTBJT进入非线性区，波形出现失真，进入非线性区，波形出现失真，进入非线性区，波形出现失真，进入非线性区，波形出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。从而幅值不再增加，达到稳幅目的。从而幅值不再增加，达到稳幅目的。从而幅值不再增加，达到稳幅目的。（定性分析）（定性分析）（定性分析）（定性分析）放大电路：共射放大电路放大电路：共射放大电路选频网络：选频网络：LC谐振回路谐振回路正反馈网络：变压器正反馈网络：变压器稳幅环节：器件非线性稳幅环节：器件非线性电路分析：电路分析：电路为典型的分压式偏置电路，电路为典型
7、的分压式偏置电路，可以设置合适的静态工作点；可以设置合适的静态工作点；交流信号能够正常传递，电路可交流信号能够正常传递，电路可以正常放大。以正常放大。利用瞬时极性法，可以判断电路利用瞬时极性法，可以判断电路满足相位平衡条件。满足相位平衡条件。合理选择变压器原、副边线圈的合理选择变压器原、副边线圈的匝数及其他电路参数，电路容易匝数及其他电路参数，电路容易满足幅值平衡条件。满足幅值平衡条件。振荡频率：振荡频率：(+)(+)(-)(-)(+)(+)(+(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)(+)反馈反馈满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件满足相位
8、平衡条件满足相位平衡条件满足相位平衡条件反馈反馈+正反馈正反馈振荡频率振荡频率:+UCCCC1Luo三、三点式三、三点式三、三点式三、三点式LC LC LC LC 振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式电容三点式：电容三点式：A.A.若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。相位相反。相位相反。三点的相位关系三点的相位关系三点的相位关系三点的相位关系B.B.若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流
9、接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。端相位相同。端相位相同。三点式电路的瞬时极性判断：三点式电路的瞬时极性判断：三点式电路的瞬时极性判断：三点式电路的瞬时极性判断：中心抽头中心抽头交流接地：交流接地：另一端交另一端交流接地：流接地：电容三点式电容三点式电感三点式电感三点式震荡频率：震荡频率：1.1.电容三点式电容三点式LC LC 振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：若三点式变若三点式变为左图电路，则为左图电路，则电路是否还是三电路是否还是三点式？瞬时极性点式？瞬时极性如何变化？能否如何变化？能否震荡？震荡？稳定振荡频率的措施：稳定振荡频率的措施：若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1
10、、C2的取值就要小。当的取值就要小。当电容电容减小到一定程减小到一定程度，晶体管的极间电容将并联在度，晶体管的极间电容将并联在C1和和C2上，影响振荡频率。上，影响振荡频率。改进见图。改进见图。改进选频网络，加很小的C特点：特点：波形好，振荡频率调整范围小，适用于频率固定的场合。波形好，振荡频率调整范围小，适用于频率固定的场合。采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路采用共基放大电路的电容反馈式振荡电路共基电路频带宽，共基电路频带宽，振荡振荡频率高。频率高。2.2.2.2.电感三点式电感三点式电感三点式电感三点式LCLCLCLC振荡电路振荡电路振荡电路振荡电路振荡频率：振荡频率：特点：耦合紧密，易
11、振，振幅大，特点：耦合紧密，易振，振幅大，C用可调电容可获得较宽范围的振荡频用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。率。波形较差，常含有高次谐波。例例：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相：试判断下图所示三点式振荡电路是否满足相位平衡条件。位平衡条件。(a)(b)Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。1.频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量频率偏移量。频率偏移量。振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 Q 10000 500000四、石英晶体振荡电路四、石英
12、晶体振荡电路四、石英晶体振荡电路四、石英晶体振荡电路2.石英晶体基本特性石英晶体基本特性极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高当交变电压频率当交变电压频率=固有频率时，振幅最大固有频率时，振幅最大 压电谐振压电谐振等效电路：等效电路：（1）串联谐振）串联谐振频率特性：频率特性：晶体等效阻抗为纯阻性晶体等效阻抗为纯阻性（2）并联谐振）并联谐振通常通常所以所以3.3.石英晶体的等效电路与频率
13、特性石英晶体的等效电路与频率特性石英晶体的等效电路与频率特性石英晶体的等效电路与频率特性实际使用时外接一小电容实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为由于由于由此看出由此看出调整调整注：此为函数展开为幂级数形式，（1+x）m=1+mx+利用石英晶体的高品质因数的特点，构成利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电路。振荡电路。1.并联型石英晶体振荡器并联型石英晶体振荡器 石英晶体工作在石英晶体工作在fs s与与fp p之间，相当一个大电感，与之间，相当一个大电感，与C C1 1、C C2 2组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的组成电容三点式振荡器。由于石英晶体的Q值很高，可达到几值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。2.石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路（1）并联型并联型 （2）串联型）串联型串联型晶体振荡电路结构如图所示。将石英晶体串联在正反馈支路中，只有当振荡频率 时，石英晶体呈电阻性，阻抗最小，而且正反馈最强，相移为零，电路满足相位平衡条件。当振荡频率 时，不满足相位平衡条件，电路不起振。判断下列电路能否产生振荡，若不能，改电路使其可能产生振荡。判断下列电路能否产生振荡，若不能，改电路使其可能产生振荡。